专利名称：气体激光振荡器以及气体激光加工机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用鼓风机的气体激光振荡器以及具有该气体激光振荡器的气体激光加工机。
背景技术：
通常气体激光振荡器在密闭的壳体内具有一对电极，前述壳体内充入的激光气体通过鼓风机进行强制循环。然后，通过前述的一对电极产生的放电激励前述激光气体，通过部分反射镜和全反射镜进行振荡，照射到外部。然后经由多个反射镜发送到加工头，对工作台上的工件进行加工。
但是，这样的激光振荡器中，使激光气体循环的鼓风机作为一种消耗品对待。鼓风机由于激光振荡进行中某些原因而停止后，激光气体循环停止，就会损伤壳体内的光学部件或电极。另外在用于激光加工时，由于激光振荡器内的光学部件或电极的损伤，就会在激光光束的品质异常的状态下继续进行加工，导致出现大范围的加工缺陷，产生很大的影响。作为现有的鼓风机维护，通常在定期检查时，根据由激光振荡器的使用时间预测的鼓风机估计寿命来判断鼓风机的劣化状态。另外，现有作为知晓鼓风机异常的方法，我们知道有例如日本特开平1-106487号公报中公开的，由当激光振荡器停止时惯性转动的鼓风机的电流值和惯性转动时间之间的关系来检测异常的方法，和日本2003-110172号公报中公开的，通过将供给鼓风机电力的逆变器部分的输出电流与规定值进行比较来检测异常的方法。
现有的通过估计寿命来进行鼓风机劣化的判断，不仅在预防维护上没有提前进行鼓风机交换的余地之外，也具有在定期检查之外无法发现问题的缺点。另外，在日本特开平1-106487号公报中公开的现有鼓风机的异常检测方法中，只能在鼓风机停止时检测到异常，难以防止在振荡器或加工机使用过程中的异常停止。另一方面，在日本2003-110172号公报中公开的现有的鼓风机异常检测方法中，可以防止在加工中的异常停止，但是通常鼓风机的电流值除鼓风机的劣化之外，也会随着壳体内的激光气体压力而变化，所以具有把激光气体的压力变化判断为鼓风机的劣化这样的缺点。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种气体激光振荡器以及气体激光加工机，该气体激光振荡器以及气体激光加工机具有与激光气体的压力变化无关，可以在振荡器或者加工机使用中检测鼓风机的劣化的装置。
在本发明涉及的气体激光振荡器以及气体激光加工机中具有电流检测单元，其检测向鼓风机供给驱动电力的逆变器的输出电流值；以及压力检测单元，其检测壳体内的前述激光气体的压力，利用由前述电流检测单元检测出的前述逆变器的输出电流值、和由前述压力检测单元检测出的激光气体压力值，检测前述鼓风机的异常。
本发明通过上述结构，与激光气体的压力变化无关地，可以在振荡器或者加工机使用中检测鼓风机的劣化。这样，激光振荡器就得到这样的效果，即，可以预先防止激光振荡中的鼓风机异常停止，而且可以大幅降低鼓风机异常停止时伴随的壳体内的光学部件或电极损伤。另外，激光加工机可以得到这样的效果，即可以预先防止激光加工中的鼓风机异常停止，而且可以把现有的鼓风机异常停止所伴随的涉及到大范围的加工缺陷抑制到只有加工机停止时正在加工的部分。
图1是本发明实施方式1所涉及的激光振荡器的侧面图。
图2是本发明实施方式1所涉及的激光振荡器的正面图以及检测鼓风机劣化的结构图。
图3是表示激光气体压力和鼓风机电流的关系图表的一个例子。
图4是本发明实施方式1所涉及的动作的流程图。
图5是本发明实施方式2所涉及的激光振荡器的正面图以及检测鼓风机劣化的结构图。
图6是本发明实施方式2所涉及的动作的流程图。
图7是本发明实施方式3和4所涉及的激光振荡器的正面图以及检测鼓风机劣化的结构图。
图8是本发明实施方式3所涉及的动作的流程图。
图9是本发明实施方式4所涉及的动作的流程图。
具体实施例方式
实施方式1图1是表示本发明实施方式1所涉及的激光振荡器的横剖面的概略图，图2是表示激光振荡器的纵剖面和检测鼓风机异常的装置以及加工机主体部分的激光加工机的概要图。
图1和图2中，壳体7内充入CO2、N2、He等激光气体。此激光气体通过壳体7中配置的多个鼓风机5按箭头6方向被强制循环。然后，通过一对电极1的放电空间2后，变为高温的激光气体经过气体通道3，然后由热交换器4冷却。然后冷却过的激光气体再次通过多个鼓风机5回流到电极1之间。然后由一对电极1所产生的放电，激励循环过的激光气体，通过部分反射镜20和全反射镜16产生共振，照射到外部。然后经由多个反射镜26送到加工机主体21中的加工头24，照射到工作台25上的工件23进行加工。激光振荡器以及激光加工机通过控制装置14中的振荡器和加工控制器18对前述动作进行控制。
前述壳体7中充入的激光气体的压力由于机型的不同而有差别，但是一般设定值都设定在50Torr到200Torr之间，设定值的偏差保持在±2Torr左右之内。另外，在更换激光气体时把壳体7内的压力降低到0.1Torr附近。壳体7内的激光气体压力通过作为激光气体检测单元的气压传感器12进行监控。然后气压传感器12的输出通过作为激光气体压力比较单元的压力比较电路13，与正常的激光气体压力比较，判断激光气体压力是正常还是异常。
另外，鼓风机5的驱动部由供给电力的逆变器10、作为鼓风机电流检测单元的电流检测单元9、以及热动继电器8构成。万一由于烧损等原因在鼓风机5中流过大电流时，过热继电器8进行工作，使激光振荡器停止。然后由电流检测单元9检测逆变器10的输出电流，通过作为鼓风机电流比较手段的电流比较电路11，与正常电流值进行比较，判断电流值正常还是异常。
由于鼓风机在前述的50～200Torr左右的真空状态下进行高速转动，所以采用在轴承结构中涂抹蒸气压很高的真空润滑脂等减轻摩擦的方式。但是即使采用此方式，轴承结构也会经常产生磨损。如果轴承结构出现磨损，则鼓风机转动所需要的电流值就要增加。
另外，鼓风机电流的变动如前所述，激光气体压力的变动也是重要原因。这里，鼓风机电流值和激光气体压力之间的关系如图3所示。图3为发明人研究本发明时使用的激光振荡器的值，通常来说，会有如果激光气体压力增加，鼓风机电流也增加，如果激光气体压力降低，鼓风机电流也降低这样的关系成立。
这里，由于将鼓风机电流变动的主要因素确定为鼓风机异常，所以采用如下结构。压力比较电路13的结果输出和电流比较电路11的结果输出送至AND电路15中实施AND处理。AND电路15的结果和电流检测单元9的输出和气压传感器12的输出送至控制装置14内的比较运算部17中，由比较运算部17判断鼓风机是否异常，判断为异常时，在向振荡器和加工机控制部18发出信号，使振荡器以及加工机停止的同时，也往警报装置19发出信号，向操作员通知异常。
下面，针对本实施方式1中的激光振荡器以及激光加工机的动作，参考图3，使用图4的流程图进行说明。这里，以发明人在研究本发明时使用的激光振荡器的设定气压55±2Torr，和图3所示的激光气体压力与鼓风机电流的关系，和通过图3求得的与上述设定气压对应的设定鼓风机电流3.1±0.1A为例。当然，设定气压和设定鼓风机电流以及激光气体压力与鼓风机电流的关系式根据使用的振荡器恰当地决定即可，并非特别限定为上述值。
首先，通过电流检测单元9检测鼓风机电流Id，检测值输出到鼓风机电流比较电路11以及比较运算部17。(步骤S01)然后，通过气压传感器12检测壳体7内的激光气体压力Pd，检测值输出到压力比较电路13以及比较运算部17。(步骤S02)然后，在电流比较电路11中，把电流比较电路11所存储的设定鼓风机电流Is(3.1±0.1A)和前述鼓风机电流值Id进行比较，如果电流值Id在设定鼓风机电流值3.1±0.1A的范围之内，则输出High信号(以下称为H)，如果电流值Id不在设定鼓风机电流值3.1±0.1A的范围之内则向AND电路15输出Low信号(以下称为L)。(步骤S03)然后，在压力比较电路13中，把压力比较电路13所存储的设定气压Ps(55±2Torr)和前述激光气体压力Pd进行比较，如果气压Pd在设定气压55±2Torr的范围之内则输出High信号(以下称为H)，如果气压Pd不在设定气压55±2Torr的范围之内则输出Low信号(以下称为L)。(步骤S04)然后，在AND电路15中，对电流比较电路11的输出和压力比较电路13的输出施以AND处理后，结果输出到比较运算部17中。(步骤S05)在步骤S05中，AND处理结果为High(以下称为H)时，判断鼓风机5为正常并再次从步骤S01开始继续进行鼓风机异常的监视。在步骤S05中，AND处理结果为Low(以下称为L)时，考虑到鼓风机异常的可能性，进行以下处理。
在比较运算部17中，使用比较运算部17中存储的鼓风机电流值和激光气体压力的关系(图3)，计算与步骤S02中检测的气压Pd所对应的理想鼓风机电流值Ic。(步骤S06)然后，在比较运算部17中，如果步骤S01中检测的鼓风机电流值Id在Ic±0.1A的范围之内，判断鼓风机5为正常并再次从步骤S01开始继续进行鼓风机异常的监视。如果鼓风机电流值Id不在Ic±0.1A的范围之内，则判断鼓风机5为异常，在向振荡器和加工机控制部18发出停止信号的同时，也向警报装置19发出信号。(步骤S07)
振荡器和加工机控制部18使振荡器和加工机停止的同时，警报装置19向操作员发送警报。(步骤S08)收到警报的操作员进行鼓风机5的更换。(步骤S09)本实施方式1通过具有上述结构并实现上述动作，利用驱动鼓风机的逆变器的输出电流值和气压传感器的输出，去除了作为鼓风机电流变动的重要原因的气体压力这个重要因素，从而构成能够可靠地检测鼓风机异常的激光振荡器。由此得到这样的效果，即，可以大幅降低激光振荡中鼓风机停止导致的壳体内的光学部件或电极损伤。另外在使用此振荡器的激光加工机中，得到可以将加工缺陷限制在最小限度内这样的效果。
另外，通常逆变器带有电流检测功能，当鼓风机电流低于一定值时，就会发出警报。另外，鼓风机电流检测单元检测的来自于逆变器输出电流，如果并非对应气压的电流值则发出警报。这样由于鼓风机电流在两个地方进行检测，就具有双重的互锁(interlock)作用。
而且，鼓风机电流检测单元不需要按鼓风机的个数准备，只要设定好对应于鼓风机个数的设定值，电流检测单元有1个即可。
实施方式2另外，实施方式1中，激光气体压力的异常检测和鼓风机的异常检测分为不同的动作进行，但也可以在同一个动作中进行。从结构来说，其特征在于如图5所示，相对于作为实施方式1的结构图的图2，设有从压力比较电路13中发出到振荡器和加工机控制部18中的停止信号的线路。实施方式2的动作使用图6的流程图进行说明。
基本上和图4的流程几乎相同，不同点为步骤S04替换为新步骤S14，新追加步骤S10和步骤S11。下面进行步骤S14、S10、S11的说明。
在步骤S03进行鼓风机电流的比较后，在压力比较电路13中，把压力比较电路13所储存的设定气压Ps(55±2Torr)和前述激光气体压力Pd进行比较，如果气压Pd在设定气压55±2Torr的范围之内则输出High信号(以下称为H)，如果气压Pd不在设定气压55±2Torr的范围之内则判断为气压异常，在向振荡器和加工机控制部18发出停止信号的同时，也向警报装置19发出信号。(步骤S14)振荡器和加工机控制部18使振荡器和加工机停止的同时，警报装置19向操作员发送警报。(步骤S10)收到警报的操作员进行激光气体的更换。(步骤S11)本实施方式2通过具有上述结构并实现上述动作，在能够得到和实施方式1相同效果的同时，还能够在鼓风机异常检测的过程中检测气压的异常，当气压异常时可以立即停止振荡器和加工机，在可以大幅降低振荡器壳体内的光学部件或电极的损伤的同时，如果是在激光加工中，还可以得到将加工缺陷限制在最小限度内这样的效果。
实施方式3图7为本发明实施方式3所涉及的激光振荡器的纵剖面以及表示鼓风机异常检测装置和加工机主体部分的激光加工机的概要图。
如图7所示，和实施方式1相比，实施方式3删除了电流比较电路11和压力比较电路13以及AND电路15，采用将电流检测单元9的检测值和气压传感器12的检测值送至比较运算部17来判断鼓风机的异常的结构。
下面，针对本实施方式3中激光振荡器以及激光加工机的动作，参考图7，使用图8的流程图进行说明。这里也和实施方式1相同，以发明人在研究本发明时使用的激光振荡器的设定气压55±2Torr，和图3所示的激光气体压力与鼓风机电流的关系，和通过图3求得的与上述设定气压对应的设定鼓风机电流3.1±0.1A为例。当然设定气压和激光气体压力以及设定鼓风机电流与鼓风机电流的关系式根据使用的振荡器恰当地决定即可，不特别限定为上述值。
首先，通过电流检测单元9检测鼓风机电流Id，检测值输出到比较运算部17。(步骤S21)然后，通过气压传感器12检测壳体7内的激光气体压力Pd，检测值输出到比较运算部17。(步骤S22)在比较运算部17中，使用比较运算部17所存储的鼓风机电流值和激光气体压力的关系(图3)，计算步骤2中检测的气压Pd所对应的理想鼓风机电流值Ic。(步骤S23)然后，在比较运算部17中，如果步骤S21中检测的鼓风机电流值Id在Ic±0.1A的范围之内，判断鼓风机5为正常并再次从步骤S01开始继续进行鼓风机异常的监视。如果鼓风机电流值Id没有在Ic±0.1A的范围之内，判断鼓风机5为异常，在向振荡器和加工机控制部18发出停止信号的同时，也向警报装置19发出信号。(步骤S24)振荡器和加工机控制部18使振荡器和加工机停止的同时，警报装置19向操作员发送警报。(步骤S25)收到警报的操作员进行鼓风机5的更换。(步骤S26)本实施方式3通过具有上述结构并实现上述动作，在能够得到和实施方式1相同效果的同时，具有比实施方式1更简单的电路构造这样的优点。
实施方式4另外，实施方式3中，通过检测的鼓风机电流值Id和算出的鼓风机电流值Ic进行比较，检测鼓风机的异常，但也可以通过检测的气压Pd和算出的气压Pc进行比较，检测鼓风机的异常。从结构来说，和图7相同。使用图9的流程图对动作进行说明。
基本上和图8的流程几乎相同，不同点为把步骤S23和S24替换为新步骤S33和S34。下面进行步骤S33、S34的说明。
在比较运算部17中，使用比较运算部17所存储的鼓风机电流值和激光气体压力的关系(图3)，计算步骤S21中检测的鼓风机电流值Id所对应的理想气压Pc。(步骤S33)然后，在比较运算部17中，如果步骤S22中检测的气压Pd在Pc±2Torr的范围之内，则判断鼓风机5为正常并再次从步骤S21开始继续进行鼓风机异常的监视。如果气压Pd没有在Pc±2Torr的范围之内，则判断鼓风机5为异常，在向振荡器和加工机控制部18发出停止信号的同时，也向警报装置19发出信号。(步骤S34)本实施方式4通过具有上述结构并实现上述动作，在能够得到和实施方式1相同效果的同时，具有比实施方式1更简单的电路构造这样的优点。
工业实用性如上所示，本发明所涉及的气体激光振荡器以及气体激光加工机，特别适用于长时间连续运行鼓风机进行振荡或加工的气体激光振荡器和气体激光加工机。
权利要求
1.一种气体激光振荡器，其设有密闭的壳体；封入前述壳体内的激光气体；使前述激光气体产生放电的一对电极；以及使前述激光气体流过前述电极之间的鼓风机，其特征在于，还设有电流检测单元，其检测向鼓风机供给驱动电力的逆变器的输出电流值；以及压力检测单元，其检测壳体内的激光气体的压力，利用由前述电流检测单元检测出的前述逆变器的输出电流值、和由前述压力检测单元检测出的激光气体压力值，检测前述鼓风机的异常。
2.根据权利要求1所述的气体激光振荡器，其特征在于，具有控制装置，该控制装置存储前述逆变器的输出电流值和前述激光气体的压力值之间的关系式，根据由前述压力检测单元检测出的激光气体压力值和前述关系式，计算出理想输出电流值，比较前述理想输出电流值和由前述电流检测单元检测出的实际输出电流值，在判断为鼓风机异常时，进行控制，使得气体激光振荡器停止。
3.根据权利要求2所述的气体激光振荡器，其特征在于，具有电流比较单元，其对前述逆变器的输出电流值和设定输出电流值进行比较；压力比较单元，其对由前述压力检测单元中检测出的激光气体压力值和设定气压值进行比较；以及AND电路，其对前述电流比较单元和前述压力比较单元的各个结果进行AND处理，在前述AND电路中，在判断前述电流比较单元和前述压力比较单元的各个结果中任意一个偏离设定值的情况下，在前述控制装置中判断鼓风机异常。
4.根据权利要求1所述的气体激光振荡器，其特征在于，具有控制装置，该控制装置存储前述逆变器的输出电流值和前述激光气体的压力值之间的关系式，根据由前述电流检测单元检测出的前述逆变器的输出电流值和前述关系式，计算出理想激光气体压力值，比较前述理想激光气体压力值和由前述压力检测单元检测出的实际激光气体压力值，在判断为鼓风机异常时，进行控制，使得气体激光振荡器停止。
5.一种气体激光加工机，其利用气体激光振荡器进行加工，该气体激光振荡器设有密闭的壳体；封入前述壳体内的激光气体；使前述激光气体产生放电的一对电极；以及使前述激光气体流过前述电极之间的鼓风机，其特征在于，前述激光气体振荡器是权利要求1至4任意一项所述的激光气体振荡器。
全文摘要
壳体(7)中的激光气体压力由气压传感器(12)检测，通过压力比较电路(13)判断正常还是异常。对使激光气体回流的鼓风机(5)进行驱动的逆变器(10)的输出电流由电流检测单元(9)检测，通过电流比较电路(11)判断正常还是异常。压力比较电路(13)的结果和电流比较电路(11)的结果送至AND电路(15)实施AND处理。AND电路(15)的结果和电流检测电路(9)的结果以及气压传感器(12)的结果送至控制装置(14)中的比较运算部(17)，判断鼓风机是否异常，判断为异常时，向振荡器和加工机控制部(18)发出信号，使振荡器以及加工机停止。由此，能够与激光气体压力的变动无关地检测鼓风机(5)的异常。
文档编号H01S3/134GK1943082SQ20048004281
公开日2007年4月4日 申请日期2004年4月21日 优先权日2004年4月21日
发明者久留岛宏, 城所仁志, 松原真人 申请人:三菱电机株式会社